[发明专利]富钠过渡金属氧化物复合补钠正极活性材料、正极材料、正极及其制备和在钠电中的应用

说明书

本发明属于钠离子电池材料领域，具体公开了一种富钠过渡金属氧化物复合补钠正极活性材料，其特征在于，包括钠离子电池的正极活性材料和补钠添加剂；所述的补钠添加剂为富钠过渡金属氧化物，其化学式为Na_xMO_y；其中，所述M为Ni、Co、Fe、Mn、Ru、Ir、Sn、Cr、Cu、Nb、Mo中的一种或多种；x为1～6，y为1～4；其中，补钠添加剂中的M的平均价态不高于其最高氧化价态。本发明所述的补钠添加剂均具有远高于常规正极活性材料的比容量，在充电过程中会先于或与常规活性材料一起脱出钠离子，同时结构发生变化，其过渡金属层中的钠空位难以填充。

技术领域

本发明属于钠离子电池储能器件领域，具体涉及一种补钠添加剂及钠离子电池补钠正极和钠离子电池。

背景技术

钠离子电池是解决大规模储能问题的可靠选择，其与锂离子电池的工作原理类似，是利用钠离子在正负极之间不断嵌入脱出实现电池的可充放电。同锂离子电池相比，钠离子电池具有钠储量丰富、可使用低浓度电解液、负极可以采用铝箔作为集流体、无过放电特性等优点，可大大降低成本。

钠离子电池和锂离子电池属于不同领域，虽表面上看仅仅是嵌入离子的不同，但其对电极材料的要求却是截然不同的。正是由于嵌入离子的半径的不同，使得很多在锂离子电池中得到广泛利用的电极材料诸如石墨等在钠离子电池中无法得到利用，而其他负极材料的使用会带来首次充放电时钠离子损失问题。相比于锂离子电池领域，钠离子电池领域还有很多技术难题需要克服，其技术成熟度严重滞后于锂离子电池。

钠离子电池负极材料首次充放电时形成SEI膜消耗钠离子，会造成钠离子的不可逆损失从而产生首次充放电容量损失问题(Initial Capacity Loss，ICL)。ICL 对电池的能量密度等性能指标有着极大影响。

目前主要的补钠方法主要有喷涂钠粉法、喷洒有机钠溶液法、正极添加剂补钠法等。例如，WO2018014164A1报道在惰性气氛下，将金属钠制备成熔融态，然后将熔融态的金属钠制备于初始极片的表面，形成用于钠离子电池补钠的金属钠层。现有方法，例如钠粉法和有机钠溶液法对环境要求极为苛刻，难以大规模生产。目前更加有前景的补钠技术为正极添加剂补钠法，但目前所采用的正极添加剂诸如Na₃P以及Na₂CO₃，而Na₃P具有毒性，Na₂CO₃会释放氧气影响电池性能。因此，开发出简单、高效的补钠技术具有极其重要的意义。

发明内容

针对目前钠离子电池补钠方式效率低，操作过程复杂且对操作环境要求苛刻等技术问题，本发明提供了一种一种富钠过渡金属氧化物复合补钠正极活性材料；旨在解决ICL，提升钠离子电池的首次放电效率。

本发明第二目的在于，提供一种添加有所述补钠添加剂的补钠正极材料，旨在提升组装得到的电池的性能。

本发明第三目的在于，提供一种添加有所述补钠正极材料的补钠正极。

本发明第四目的在于，提供所述的补钠正极的制备方法，旨在通过一次涂覆法，提升材料的性能。

本发明第五目的在于，提供所述的可补钠的钠离子电池正极的应用。

本发明第六目的在于，提供一种由所述补钠正极组装成的钠离子电池。

一种富钠过渡金属氧化物复合补钠正极活性材料，包括钠离子电池的正极活性材料和补钠添加剂；

所述的补钠添加剂为富钠过渡金属氧化物，其化学式为Na_xMO_y；其中，所述M为Ni、Co、Fe、Mn、Ru、Ir、Sn、Cr、Cu、Nb、Mo中的一种或多种；x 为1～6，y为1～4；

其中，补钠添加剂中的M的平均价态不高于其最高氧化价态。